Decaimiento del bosón de Higgs a dos leptones con violación de sabor

Abstract

The Standard Model (SM) is a Quantum Field Theory that studies elementary particles through gauge symmetries under local phase transformations. Although the SM was validated with the discovery of the Higgs Boson in 2012, it cannot explain the mass generation of neutrinos and dark matter, nor the flavor violation in lepton currents. Currently, extensions of the SM offer insights that include the prediction of new Higgs bosons and alterations in the dynamics of flavor physics. In this work, we study the effects of lepton flavor violation mediated by the Higgs boson and the photon through the H → lilj , lj → liγ decays and the electromagnetic properties of charged leptons. For this purpose, an effective Lagrangian involving couplings of new scalar particles in the leptonic Yukawa sector is proposed. The results of this new physics may involve CP violation and flavor changes. In addition, a phenomenological-theoretic study of the decay of a Higgs boson with flavor change in charged leptons at the one-loop level is performed. The processes are developed using the Feynman formalism and solved using the Passarino-Veltman method for loop integrals. Software packages such as Mathematica, Feyncalc and Package-X are used. It is shown that the invariant amplitudes of each process are finite, which allows the problem to be developed. Finally, bounds are obtained for the coupling parameters and, therefore, for the decay width and the branching ratio of the different Higgs decay processes with flavor change. The branching ratio of the H → eµ decay oscillates between ~ 10−21 and ~ 10−20, while the branching fractions of H → eτ and H → µτ decays are around ~ 10−12.

El Modelo Estándar (ME), una Teoría Cuántica de Campos que estudia las partículas elementa- les a través de simetrías de norma bajo transformaciones de fase local. Aunque el ME fue validado con el descubrimiento del Bosón de Higgs en 2012, no puede explicar la generación de masa de los neutrinos y la materia oscura, ni la violación de sabor en las corrientes leptónicas. En la actualidad, las extensiones del ME ofrecen perspectivas que incluyen la predicción de nuevos bosones de Higgs y alteraciones en la dinámica de la física de sabor. En este trabajo, se estudian los efectos de la violación del sabor leptónico mediado por el bosón de Higgs y el fotón a través de los decaimientos H → lilj , lj → liγ y las propiedades electro- magnéticas de los leptones cargados. Para ello se propone un lagrangiano efectivo que involucra acoplamientos de nuevas partículas escalares en el sector leptónico de Yukawa. Los resultados de esta nueva física pueden implicar violación de CP y cambios de sabor. Además, se realiza un estudio teórico-fenomenológico del decaimiento de un bosón de Higgs con cambio de sabor en los leptones cargados a nivel de un lazo. Los procesos se desarrollan utilizando el formalismo de Feynman y se resuelven mediante el método de Passarino-Veltman para las integrales de lazo. Se utilizan paquetes de software como Mathematica, Feyncalc y Package-X. Se demuestra que las amplitudes invariantes de cada proceso son finitas, lo que permite desarrollar el problema. Finalmente, se obtienen cotas para los parámetros del acoplamiento y, por lo tanto, para la anchura y la fracción de decaimiento de los diferentes procesos del decaimiento del Higgs con cambio de sabor. La fracción del decaimiento del H → eµ anda oscilando entre ~ 10−21 y ~ 10−20, mientras que las fracciones de decaimiento del H → eτ y H → µτ están rondando alrededor de ~ 10−12.